Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Giáo trình thực hành đo lường cảm biến.
1

BÀI 1 : GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN

THIẾT BỊ SỬ DỤNG :
1. Thiết bò chính cho thực tập diện tử về cảm biến và đo lường MTS – 41.
2. Dao dộng ký
3. Đồng hồ đo
4. Khối thí nghiệm SME-401 cho các loại cảm biến (gắn lên thiết bò chính MTS
– 41).
5. Phụ tùng dây cắm
Nhiệm vụ:
Tìm hiểu nnguyên tắc hoạt dộng của một số loại cảm biến.
I. Rơ le từ (Reed Relay).
Rơ le từ là công tắc với diều khiển đóng ngắt bằng từ trường (hình 1-1).
Hình 1-1. Rơ-le từ

Từ trường có thể toạ bằng nam châm hoặc cuộn cảm được cấp dòng điện.
Các bước thực hiện:
1. Sử dụng đồng hồ đo điện trở ( )nối với các chốt công tắc 3 -4 của sơ đồ Hình
1-1.
2. Dùng một nam châm nhỏ đưa đến gần sát và lùi sa rờ le từ. Theo giá trò điện
trở đo, xác đònh trạng thái đóng và ngắt của rờ le từ theo khoảng cách nam
châm.
3. Cấp nguồn 5V cho cuộn dây của rớ le từ qua chốt 1-2. theo giá trò điện trở đo,
xác đònh trạng thái đóng và ngắt của rờ le từ khi cấp điện và ngắt điện nuôi cuộn

Hình 1-3. Công tắc nhiệt
Các bước thưc hiện:
1. Sử dụng đồng hồ đo điện trở ( )nối với các công tắc 1-2 của sơ đồ Hình 1-3.
2. Đặt đầu mỏ hàn đang nóng tiếp xúc với bề mặt công tắc. Theo giá trò điện trở
đo, xác đònh trạng thái đóng ngắt của công tắc theo nhiệt độ.
IV. Condenser Microphone.
Condenser Microphone ( Hình1-4 ) là cảm biến cho phép biến đổi ân
thanh thành tín hiệu điện. Loại sử dụng làmicro kiểu áp điện với transistor
thường mắc khuếch đại ở lối ra.
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Giáo trình thực hành đo lường cảm biến.
3

Hình 1-4. Sơ đồ với Condenser Microphone

Condenser Microphone có cấu trúc gồm một màng kim loại mỏngvà một
phiến đội tạo thành tụ điện. Khi tín hiệu âm làm tác động vào màng kim loại,
làm rung màng, dẫn đến thay đổi điện dung của tụ , cho phép sử dụng để hình
thành tín hiệu ra.
Các bước thực hiện:
1. Nối chân 1 của micro với đất. Mắc chân 2 (lối ra) với chốt TP1 (góc phải khối
SME-401) để nối trở tải cho lối ra micro.
Sử dụng dao động ký ở thang lối vào ~10 -20 mV để quan sát tín hiệu ở ngõ ra
(chân 2) của micro. Phát âm vào micro, theo dõi tín hiệu ra.

2. Nối lối ra của micro với lối vào bộ khuếch đại đo (Instrumentation Amplifier).
Nối 3 chốt biến trở ở VR1,VR2,VR3 của bộ khuếch đại với các chốt
V1,V2,V3của biến trở POT trên MTS1.quan sát tín hiệu vào và ra bộ khuếch
đại khi phát âm vào micro. Chỉnh biến trở POT để tín hiệu ra lớn và không bò
méo

1-6.
2. Đặt đầu mỏ hàn đang nóng cạnh thermistor ( không để tiếp xúc nhiệt trực tiếp
).
Theo dõi sự thay đổi giá trò điện trở theo nhiệt độ khi đưa mỏ hàn vào gần
thermistor và khi đưa mỏ hàn ra xa.
3. Nối chân 1 của therimstor nối đất và chân 2(lối ra)với chốt TP1 để nối tải cho
thermistor.
Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của khối SME-401.
Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1.
Đặt đầu mỏ hàn đang nóng cạnh thermistor (không để tiếp xúc nhiệt trực tiếp).
Theo dõi sự thay đổi giá trò đo trên bộ đo hiên số theo nhiệt độ khi đưa mỏ hàn
vào gần thermistor và sau đó đưa mỏ hàn ra xa.
VII. Cảm biến nhiệt dẫn (Temperaure Semiconuductor Sensor).
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến dựa trên sự phụ thuộc của dòng qua
lớp tiếp xúc bán dẩn PNvào nhiệt độ.
Đối với lớp tiếp xúc PN dẫn dòng không đổi I:
I(U) = I
o
(e
qU/KT
-1).
Trong công thức trên, nhiệt độ T là thừa số mũ.
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Giáo trình thực hành đo lường cảm biến.
5
Tuy nhiên dòng I
o
bão hoà của diode mắc phân cực ngươc (Zener) cũng
tồn tại mối quan hệ theo hàm mũ theo nhiệt độ vì vậy, tổng hợp cả hai mối quan
hê hàm mũ trên,ta có mối quan hệ tuyến tính giữa sụt thế trên diodevà nhiệt độ:

Hình 1-7. Cảm biến nhiệt bán dẫn

VIII. bộ đóng ngắt quang
Bộ đóng ngắt quang cho phép tạo tín hiệu đóng ngắt khi có vật che chắn
giửa đèn phát và đèn thu. Bộ đóng ngắt quang thực hiện liên kế quangxây
dượng trên yếu tố phát quang và yếu tố thu . khi không cá vật chắn sáng giữa
chúng , ánh sáng giữ yếu tố tác động làm dẫn yếu tố thu. Yếu tố thu khi có điện
trở thấp. Ngược lại,khi có vật chắn sáng giữa chúng , ánh sáng từ yếu tố phát
không tác động vào yếu tố thu , yếu tố thu khi có điện trở cao.

Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Giáo trình thực hành đo lường cảm biến.
6

Hình 1-8. Bộ đóng ngắt quang.

Các bước thực hiện:
1. Nối các cực của bộ đóng ngắt quangvới nguồn, đất và chốt TP1 như Hình 1-8
Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của hệ thống.
Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1.
2. che chắn khe hở giữa đèn phát và đèn thu và ghi giá trò thế lối ra trên bộ chỉ
thò số khi che và không che khe hở này.

IX. Quang trở (Photo – Resistor)
Quang trở là dụng cụ có giá trò điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng
chiếu vào.
Các vật liệu quang dẫn, ví dụ điện trở CdS, được chế tạo từ tập hợp các tinh thể
riêng rẽ có khả năng thay đổi điện trở tương ứng với pho ton ánh sáng chuyền
vào. Đặc trưng phổ của quang trởbao chùm vùng phổ ánh sáng thấy được(ánh
sáng biểu kiến).

được đo ở cực 1 và 2 được đo bằng :
V
H
= (R
H
/ d).I.B với I dòng chảy qua cảm biến
Như vậy tỷ lệ thuận với từ trường
Hình M1-10. Cảm biến từ hiệu ưng HALL

Từ trường có thể tạo bằng nam châm hoặc cuộn dây.
Các bước thực hiện:
Nối các cực của cảm biến với nguồn , đất và chốt TP1 như hình M1-10.
Nối lối vào "-" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với đất của hệ thống
Nối chốt vào "+" của bộ đo STATUS DISPLAY &DCV với chốt TP1.
2. Dùng một nam châm nhỏ đưa đến gần sát và lùi ra xa cảm biến. Ghi nhận sự
thay đổi giá trò đo theo sư thay đổi khoảng cách của nam châm.

XI. Photo Transistor
Transistor quang là yếu tố có cực base được điều khiển bằng cường độ ánh sáng
chiếu vào. Dòng collector sẽ tỷ lệ với cường độ ánh sáng chiếu vào.
Hình M1-11. Transistor quang.

Các bước thực hiện:
1. Nối các cực của cảm biến với nguồn , đất và chốt TP1 như hình M1-11.


THIẾT BỊ SỬ DỤNG :
1. Thiết bò chính cho thực tập diện tử về cảm biến và đo lường MTS – 41.
2. Nam châm vónh cữu cảm biến khói .
3. Khối thí nghiệm SME-402 cho bài thực tập về cảnh báo từ trường và báo khói
(gắn lên thiết bò chính MTS-41).
4. Dao động ký
5. Dây cắm.
Nhiệm vụ:
Tìm hiểu việc cảnh bái từ trường bằng cảm biến Hall và sơ đồ điện tử đi
kèm.
Có 2 loại cảm biến từ trường được sữ dụng rộng rãi dựa trên hiệu ứng trở từ và
hiệu ứng Hall.
Cảm biến từ kiểu hiệu ứng Hallsử dụng hiện tượng phần điện tử chảy
trong vật dẫn hoặc vật bán dẫn bò uốn cong quỹ đạo dưới sự tác động của từ
trường (hiệu ứng Hall). Biên độ uốn cong tuỳ thuộc vào vật chất làm cảm biến
được quy đònh bởi hằng số Hall-R
H..
Cảm biến trở từ thường dùng tinh thể InSb với các kim NiSb đặt bên trong. Khi
không có từ trường, dòng điện đi qua với trở kháng nhỏ. Khi có từ trường vật liệu
bò uốn cong bởi các kim NiSb chòu tác động của từ trường , làm điện trở của cảm
biến tăng.
Với điều kiện từ trường B vuông góc với mặt phẳng của cảm biến (Hình
2-1), điện thế V
H
được đo ở 2 cực bằng:

V
H
= (R

1. Sử dụng dây có chốt cắm để nối mặt theo sơ đồ hình M2-2/SME-402:
- nối các chốt nguồn và đất của khối SME-402 (POWER INPUT)với nguồn
±12Vvà đất (GND) của thiết bò chính MTS-41. Chú ý cắm đúng phân cực của
nguồn.

2. Khảo sát tác động của từ trường.
2.1. Nối lối ra OUT của bộ khuếch đại IC3 với lối vào cộng của bộ đo hiện số
DCV của thiết bò chính MTS-41. lối vào “-“ nối đất.
2.2. Chỉnh biến trở P1 (OFFSET)để khi không có từ trường , điện thế của sơ đồ
bằng zero.
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Tp.HCM
Giáo trình thực hành đo lường cảm biến.
11
2.3. Đặt thanh nam châm ở sát cảm biến chỉnh biến trở P1 (GAIN)để thế ra chỉ
thò trên DCV là 5V.

Khoảng cách l
(cm)
10 8 6 4 2 1
U(OUT)
U
l

2.4. Đặt thanh nam châm ở khoảng cách l(cm) –xacảm biến từ trường. Sau đó
dòch nam châm vào gần cảm biến. Tại mổi vò trí ghi giá trò điện thế ra chỉ thò
trên bộ đo DVC. Ghi kết quả vào bảng M2-1.
2.5. Nhận xét kết quả.
3. lựa chọn ngưỡng cảnh báo.
ng với mỗi vò trí nam châmtrong bảng M2-1, vặn biến trở P3
(LEVEL)để đònh giá trò ngưỡng cho đèn báo D1 sáng. Đo giá trò thế ngưỡng U

o
C = (5/9).( T
o
F – 32)
Ví dụ :
0
o
C = 273.19K = 32
o
F
100
o
C = 273.19K = 212
o
F.
cảm biến nhiệt là dụng cụ thực hiện biến đổi giá trò nhiệt độ thành đại lượng
khác như chuyển động cơ học, thay đổi áp suất, đại lượng điện (dòng hoặc thế
),…… cho phép sử dụng để chỉ thò và điều khiển hoạt động của các thiết bò khác.
Trong thí nghiệm được khảo sát 3 loại cảm biến, cho lối ra là các tín hiệu điện tỷ
lệ với nhiệt độ tương ứng.
Về nguyên tắc giá trò nhiệt độ chỉ thò phải trùng với nhiệt độ thực. Trong thực tế
giá trò chỉ thò của máy đo chưa chuẩn hoá có khác với giá trò thực. Đường biểu
diễn giá trò đo không trùng với đường chuẩn (hính M1-3), do đó cần phải lấy
chuẩn thang đo cho máy đo.
Phép lấy chuẩn thang đo dựa vào việc thay đổi gốc toạ độ và độ dốc của đường
thẳng đo nhằm dòch đường biểu diễn đo chùng với đường chuẩn.
Đối với các thiết bò điều nhiệt, chuẩn thang thường được chọn với nhiệt độ nước
đá (~0
o
C) và nước sôi (~+100

Ask: hằng số Boltzman = 1.38.10
-23
J/K
Eg: là độ rộng vùng cấm = 1.12eV đối với Silicon.
Cảm biến nhiệt bán dẫn là là dụng cụ có độ tuyến tính cao, khoảng nhiệt đô làm
việc giới hạn (40-+400)
o
K tương ứng (-233
o
C-+127)
o
C
LM355 là linh kiện tạo dòng chuẩn điều chỉnh được. Sơ đồ nối cảm biến (hình
M3-2)có đặc điểm cho thế ra tỷ kệ tuyến tính với nhiệt độ ~10mV/
o
K(ở 0
o
K-
thế ra =0). Vì vậy có thể sử dụng LM355 như một cảm biến nhiệt độ .
Sơ đồ đo với cảm biến nhiệt bán dẫn gồm trở tải cấp dòng cho cảm biến bộ
khuếch đại từ cảm biến IC1a (hình M3-2) và bộ khuếch đại lối ra IC1b.

Hình M 3-2 : Sơ đồ đo với cảm biến nhiệt bán dẫn
+12V
+12V
R4
49K

GAIN
-12V
-
+
U1A
TL082
6
5
7
4 8
+12V
P1
OFFSET
7K15
R
-
+
U1A
TL082
3
2
1
R31
12V
R5
49K9
R3
1K5
-12V
IC2

C), ghi giá trò thế
của cảm biến chỉ thò trên bộ đo DCV, điền kết quả vào bảng M1-3
Thạng thái cảm biến Nhiệt độ Thế ra TP5
Trong nước đá đang tan T1 = ~0
o
C U1=
Trong không khí T2 = nhiệt độ phòng U2=
Trong nùc sôi T3 = +100
o
C U3=

2.6. Biểu diễn sự phụ thuộc thế ra cảm biến vào nhiệt độ.
2.7. Kết luận về sự biếm đổi nhiệt độthành điện thế. Tính giá trò biến đổi nhiệt –
điện thế của cảm biến bán dẫn loại LM334:
ε =( U3 – U1 )/ K* ( T3 – T1 )
trong đó K là hệ số khuếch đại của IC1a. để xác đònh K, sử dụng bộ đo DCVđể
đo thế vàoUv(tòa chốt TP1)và thế ra (TP5)

3. Chuẩn thang đo.
Mục đích chuẩn thang đo nhằm chỉnh zero và khuếch đại, sao cho nhiệt độ chỉ
thò trùng với nhiệt độ thực cần đo